Jak działają bezpieczne zapałki?

Zapałki bezpieczeństwa są powszechnym elementem w każdej domowej szufladzie kuchennej. Ich koncepcja jest dość prosta – uderzenie główką zapałki o pasek i voila. Ale tak naprawdę w tym codziennym przedmiocie kryje się wiele chemii.

Istnieją dwa rodzaje zapałek: te, które są uważane za bezpieczne i te, które mogą być zapalone przy użyciu dowolnej powierzchni. Jedyna różnica polega na tym, że w zapałkach bezpiecznych substancje chemiczne potrzebne do ich zapalenia są oddzielone od siebie. Ale zanim zrozumiemy jak one działają, musimy najpierw zapytać – jak one powstały?

Zapałka Lucyfera

Zapałki bezpieczeństwa przeszły długą drogę od swojego poprzednika, zapałki Lucyfera. Według artykułu z 1893 roku w Pacific Rural Press, wynalezienie zapałki przypisuje się Sir Isaacowi Holdenowi, który wykorzystał potrzebę natychmiastowego ognia na wyciągnięcie ręki.

Nie trzeba było długo czekać, by zapałki Lucifer zyskały popularność. Sprzedawano je w metalowych puszkach, a w zestawie znajdował się kawałek papieru ściernego do podpalania. Skład zapałek Lucifer nie różnił się zbytnio od składu dzisiejszych zapałek. Ale był jeden składnik, który stanowił istotną różnicę: biały fosfor.

Tragiczna historia zapałek

Biały fosfor pojawia się we współczesnych zapałkach bezpieczeństwa, ale tylko w postaci niewielkiej ilości oparów – ale o tym później. Jednak na początku XIX wieku, zapałki Lucifer w dużym stopniu opierały się na białym fosforze jako jednym z głównych składników główki zapałki. Biały fosfor jest bardzo łatwopalnym i toksycznym materiałem. Jego właściwości piroforyczne oznaczają, że może on ulec samozapłonowi. Z tego powodu jest powszechnie stosowany przez wojsko jako broń zapalająca.

Podobny do Napalmu, biały fosfor jest używany w pociskach i granatach, zapalając się samoistnie i wytwarzając ciepło, które jest tak intensywne, że topi skórę od kości. Ta substancja chemiczna jest również winowajcą fosforowej szczęki, choroby zawodowej spowodowanej wdychaniem toksycznych oparów tej substancji chemicznej. Biały fosfor atakował dolną szczękę, powodując ropnie, a nawet uszkodzenia mózgu. Jedyną metodą leczenia było usunięcie całej kości szczęki, co powodowało trwałe oszpecenie. Niestabilne i toksyczne właściwości białego fosforu sprawiały, że codziennie dochodziło do śmiertelnych wypadków: pudełka zapałek zapalały się nagle po wstrząśnięciu lub pozostawieniu na słońcu, a ludzie często wdychali toksyczne opary. Coś musiało zostać zrobione z niebezpiecznymi zapałkami Lucifer.

Kiedy wynaleziono bezpieczne zapałki?

Z powodu publicznego zapotrzebowania i uzależnienia od tanich zapałek, które można było zapalić w dowolnym miejscu, musiało minąć ponad 50 lat od zidentyfikowania zagrożeń, aby zaprzestano produkcji zapałek Lucifer. Połączenie doniesień prasowych, kampanii społecznych i zmian legislacyjnych sprawiło, że w 1910 roku te śmiercionośne zapałki zostały w końcu zastąpione bezpieczniejszą alternatywą.

Dlaczego zapałki nazywane są bezpiecznymi?

Co ciekawe, aktywne składniki, które były obecne w zapałkach Lucifer, były nadal używane w zapałkach bezpiecznych, ale z jedną zmieniającą grę różnicą: palne chemikalia zostały oddzielone pomiędzy główką zapałki a wkładką.

Biały fosfor został ostatecznie zastąpiony innym alotropem: fosforem czerwonym. Fosfor czerwony nie zapala się w powietrzu o temperaturze poniżej 240°C, w przeciwieństwie do swojego poprzednika, który mógł spontanicznie zapalić się w temperaturze 30°C. Oznacza to, że jest to znacznie bardziej stabilny pierwiastek, który może być użyty w zwykłych przedmiotach domowego użytku, dlatego też zapałki nazywane są bezpiecznymi – są one obecnie znacznie bezpieczniejsze!

Czym są bezpieczne zapałki?

Ustaliliśmy już, że zapałki bezpieczne charakteryzują się tym, że palne elementy są oddzielone od siebie. Ale co kryje się za tymi składnikami?

Główka zapałki zawiera utleniacz, zwykle chloran potasu, oraz siarkę. Te związki chemiczne nie zapalają się same z siebie, co oznacza, że zapałka nie zapali się od zwykłego tarcia. Dzieje się tak, ponieważ uderzająca powierzchnia zawiera substancję chemiczną potrzebną do zapłonu chloranu potasu i siarki: czerwony fosfor.

Główka zapałki zawiera również klej, który nie tylko łączy materiały, ale również służy jako dodatkowe paliwo. Drewniany patyczek pokryty jest warstwą parafiny. Zapewnia to, że płomień będzie spalał kij. Drewno jest również nasączone fosforanem amonu, który tłumi ewentualny żar. Powierzchnia uderzająca i główka zapałki mają jeden wspólny główny składnik: sproszkowane szkło. Jest to ważne, ponieważ to właśnie ono rozpoczyna cały proces.

Jak działają bezpieczne zapałki?

Gdy główka zapałki uderza w podkładkę, tarcie szkło-szkło wytwarza ciepło. Ciepło to wystarcza do przekształcenia niewielkiej ilości czerwonego fosforu w pary fosforu białego.

Mimo że fosfor biały ulega spontanicznemu zapłonowi, byłby to krótkotrwały przejaw, gdyby nie utleniacz zawarty w główce zapałki. Niewielka ilość białego fosforu zaczyna rozkładać chloran potasu, uwalniając tlen, dzięki czemu płomień może dalej płonąć. Następnie tlen łączy się z siarką, dzięki czemu ona również może zacząć się palić. To powoduje zapłon drewna zapałki, do którego płomień przywiera dzięki parafinie.

Wszystkie te składniki pozwalają zapałce pozostać zapaloną na tyle długo, aby zapalić Twoją ulubioną świecę Yankee Candle.

Różnica pomiędzy bezpiecznymi zapałkami a zwykłymi zapałkami

Jedyną różnicą pomiędzy bezpiecznymi zapałkami a zapałkami typu strike-anywhere jest to, że główka zapałki tych ostatnich zawiera czerwony fosfor, jak również utleniacz i siarkę. Pozwala to na zapłon na każdej powierzchni, gdy tarcie wytwarza ciepło.

W przeciwieństwie do tego, jeśli uderzysz zapałką bezpieczną o ścianę z cegieł, nie dojdzie do zapłonu, ponieważ czerwony fosfor nie jest zawarty w główce zapałki.

Jak wyglądają zapałki bezpieczne?

Podczas gdy główki zapałek są powszechnie czerwone, nie jest to spowodowane kolorem zawartych w nich substancji chemicznych. Fakt, że jest to ten sam kolor co czerwony fosfor jest tylko zbiegiem okoliczności. Powodem, dla którego główka zapałki jest kolorowa jest fakt, że barwnik jest dodawany do końcówki, aby wyraźnie wskazać, który koniec się zapala.

To oczywiste, że zapałki przeszły dość makabryczną ewolucję. To ulga, że bezpieczne zapałki przeszły długą drogę od czasów Lucyfera i jak coś tak małego może być tak niezwykłe.

W ReAgent uwielbiamy odkrywać naukowe i chemiczne tajemnice kryjące się za przedmiotami powszechnego użytku. W przeszłości badaliśmy chemię fajerwerków, a nawet strachu!